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中山博覽中心屋蓋累積滑移安裝工藝

作者：陳 偉 等    
時(shí)間：2009-12-22 20:26:03 [收藏]
中山博覽中心項目常年展廳屋蓋采用大跨度鋼桁架結構，主桁架最大跨度90m，采用國內先進(jìn)的累積滑移工藝進(jìn)行安裝，成功解決了由于施工場(chǎng)地內存在地下室結構，導致大型吊裝設備無(wú)法直接進(jìn)入跨內吊裝以及與其他專(zhuān)業(yè)無(wú)法交叉施工、工期緊張等施工難題，取得了良好的經(jīng)濟效益。

    關(guān)鍵詞：大跨度鋼結構；鋼管桁架；累積滑移；同步控制

    1.工程概況
    中山博覽中心項目位于廣東省中山市博愛(ài)六路，紫馬嶺南門(mén)公園對面，由美國SOM建筑師事務(wù)所與廣東省建筑設計研究院聯(lián)合設計。其總占地面積250000?，建筑面積120000?，建筑物總高度為28m，是一座集展覽、會(huì )議、服務(wù)等功能為一體的新型現代風(fēng)格建筑，也是中山市重點(diǎn)工程和中山歷史上最大的建設工程，建成之后將成為中山市標志性建筑，如圖1所示。

    中山博覽中心項目按照使用功能分為常年展廳、綜合展廳、中央廣場(chǎng)、會(huì )議中心等四個(gè)部分，見(jiàn)圖2所示。該工程地上主體結構主要為大跨度空間鋼管桁架結構，總用鋼量約18000t，其中主桁架最大跨度90m，截面矢高4.5m～10m，整個(gè)屋蓋鋼結構成波浪型。托架沿B、G、K、N軸分四列布置，主桁架沿226軸布置與托架垂直連接，形成三跨連續桁架梁，跨度自北至南分別為54m、54m、90m。主桁架下弦主要采用φ660×14的鋼管，上弦主要采用φ610×14的鋼管，腹桿采用φ508×20、φ356×10等，主桁架間距18m，單榀最大約重130t。托架亦采用鋼管桁架結構，跨度36m，通過(guò)盆式橡膠支座架與格構鋼柱或混凝土核心筒結構相連。
    建筑結構新穎，結構復雜，安裝精度要求高，構件連接全部為相貫連接，施工難度大。其中常年展廳屋蓋桁架下部樓層，由下至上分為地下一層地下室結構、地上一層型鋼桁架結構、兩側二層混凝土結構；常年展廳上空屋蓋桁架結構下方由于存在地下室結構，大型吊裝設備無(wú)法直接進(jìn)入施工場(chǎng)地內，給常年展廳屋頂桁架結構安裝帶來(lái)不小的難題。本文接下來(lái)主要講述常年展廳屋頂桁架結構的安裝工藝。
    2.施工工藝
    2.1施工工藝選擇
    根據常年展廳的結構特點(diǎn)，如采用加固地下室，吊車(chē)進(jìn)入場(chǎng)地內吊裝或高空散拼以及整體提升等方法，雖能夠完成此部分結構的安裝，但措施費巨大且屋頂桁架下方區域其他專(zhuān)業(yè)將無(wú)法施工，對工期十分不利。為保證整體工程按時(shí)完工，必須保證各專(zhuān)業(yè)立體交叉施工，基于以上客觀(guān)因素考慮，我們決定采用“累積滑移”的施工技術(shù)，制定了“跨外平臺拼裝、逐段累積、同步滑移”的施工工藝,如下圖3所示。

    2.2 滑移施工工藝
    2.2.1滑移工藝思路
    首先進(jìn)行高空胎架及滑移軌道設計、搭設，然后在地面胎架上分段拼裝主桁架、托架桿件（其中托架拼裝成整體、桁架分三段進(jìn)行），再利用150t履帶吊將各托架和分段桁架吊至拼裝平臺上整體拼裝，最后安裝次桁架、水平支撐及檁條，形成空間滑移單元?；茊卧蓛砷麒旒?、托架和次結構組成，每拼裝完一個(gè)滑移單元，屋蓋整體向14軸線(xiàn)方向滑移18m，拼裝平臺隨之騰空，進(jìn)行下一個(gè)18m單元拼接。所有桁架累積滑移到距設計位置約1m時(shí)，暫?；乒ぷ?，進(jìn)行桁架支座安裝，最后進(jìn)行整體桁架屋蓋的滑移到位，進(jìn)行卸載、桁架與支座連接工作，滑移施工完成。
    2.2.2高空拼裝平臺搭設
    為了避免占用結構內施工區域以及避免對部分地下室樓板進(jìn)行加固，將拼裝平臺設計在結構外，見(jiàn)圖4所示；同時(shí)結合主桁架及托架重量、吊車(chē)的起重能力以及常年展廳上方屋頂兩側托架中部支撐基本對稱(chēng)的特點(diǎn)，選擇18m跨拼裝單元作為一個(gè)滑移單位，因此高空拼接平臺只需搭設18m寬即可滿(mǎn)足使用要求。高空拼裝平臺如此設計，可提高起重設備利用率，，降低機械措施費用，減少平臺搭設材料投入量。
    2.2.3滑移軌道選擇
    針對常年展廳屋頂桁架截面高、剛度大的特點(diǎn)，利用計算機仿真模擬滑移進(jìn)行分析，得出現場(chǎng)僅采用2條間距為90m的軌道（軌道兩側均懸挑9m），既可完成常年展廳上方90m跨屋頂桁架的累積滑移安裝。主桁架跨中不需要額外增設一條軌道，支撐于間距為90m的軌道上的滑移單元，其跨中撓度和局部桿件受力，均能滿(mǎn)足國家規范的相關(guān)要求。
    2.2.4滑移軌道搭設
    鑒于圖紙設計常年展廳屋頂桁架結構，支撐于南北兩側（B軸線(xiàn)和G軸線(xiàn)上）混凝土核心筒內砼柱或鋼管格構柱的特點(diǎn)，通過(guò)預埋鋼結構埋件，增加聯(lián)系鋼梁等方式，在B軸線(xiàn)和G軸線(xiàn)上架設兩條滑移軌道，滑移軌道采用QU100鋼軌，見(jiàn)圖4所示。

    2.2.5高空平臺拼裝
    桁架結構在高空平臺上拼裝時(shí)，預先通過(guò)計算機模擬其下?lián)献冃沃?，并按照施工要求進(jìn)行起拱或反變形設置，保證結構滑移前拆除支撐后主桁架的撓度值符合鋼結構設計規范要求，確保結構安裝質(zhì)量。
    2.2.6拼裝單元滑移
    當相鄰兩榀桁架拼裝完成后，利用液壓千斤頂（爬行器）進(jìn)行拼裝單元的同步控制液壓頂推累積滑移，滑移過(guò)程如圖5所示。

    完成滑移一個(gè)拼裝單元后，在拼裝平臺上進(jìn)行下一榀桁架單元的拼裝，然后再進(jìn)行滑移……直至最后一個(gè)單元滑移完畢，見(jiàn)圖6所示。

    2.2.7滑動(dòng)支座安裝及結構卸載固定
    當整體桁架結構滑移離設計安裝位置1.5m時(shí)，割除支座位置軌道，進(jìn)行滑動(dòng)支座安裝，然后進(jìn)一步進(jìn)行滑移。當整體結構滑移到設計位置后，利用千斤頂進(jìn)行逐點(diǎn)分級卸載，最終進(jìn)行結構固定。
    3.累積液壓頂推滑移特點(diǎn)
    本工程中根據現場(chǎng)施工條件和鋼結構屋蓋的外形特點(diǎn)，采用了鋼結構桁架累積液壓滑移安裝的施工工藝，主要有以下特點(diǎn)和優(yōu)勢：
    1）采用液壓爬行器作為動(dòng)力裝置，與傳統的卷?yè)P機鋼絲繩牽引不同，爬行機器人滑移過(guò)程的推進(jìn)力及推進(jìn)速度完全可測和可控。計算機系統通過(guò)傳感器檢測爬行機器人的推進(jìn)力及速度，控制各機器人之間的協(xié)調同步，當有意外超載或同步超差時(shí)，系統會(huì )及時(shí)做出調整并發(fā)出報警信號，從而使滑移過(guò)程更加安全可靠；
    2）滑移軌道充分利用原有結構進(jìn)行支撐，既方便安裝又節約成本；
    3）滑移不受屋蓋底部場(chǎng)地限制，可以土建作業(yè)同時(shí)展開(kāi)，解決了二者同時(shí)施工的矛盾，節約工期；
    4）由于爬行器與構件剛性連接，易同步控制，結構安裝就位準確性高；
    5）累積滑移步驟性強，易于形成流水作業(yè)，提高了施工效率。

    4.安全施工及質(zhì)量保障措施
    4.1拼裝胎架及軌道搭設基礎設計
    為了保證構件高空拼裝的質(zhì)量以及滑移過(guò)程的安全，施工前應該拼裝胎架及軌道支撐基礎情況進(jìn)行慎重考慮，對于部分座落在天然土層上的支撐，參照地質(zhì)勘探報告數據進(jìn)行基礎設計，對于可能出現的基礎沉降，應在胎架和軌道支撐設計時(shí)預留沉降值。
    4.2計算機仿真技術(shù)應用
    由于屋蓋桁架在滑移過(guò)程中工況與設計使用狀態(tài)不同，為保證其在滑移過(guò)程中各構件的受力狀態(tài)符合相關(guān)規范要求，對滑移進(jìn)行了全過(guò)程進(jìn)行計算機仿真分析。采用有限元結構分析軟件SAP2000建立計算模型，為保證仿真分析能夠反映滑移工況，計算過(guò)程主要注意以下事項：
    1）模型建立盡量接近滑移實(shí)際情況，以使分析具有參考意義；
    2）邊界條件考慮現場(chǎng)實(shí)際約束；
    3）荷載施加要考慮模型與實(shí)際結構的差異。
    4.2.1計算機仿真共對全部10個(gè)滑移工況分別進(jìn)行了分析，如圖7所示，考慮結構自重、滑移荷載、風(fēng)載、溫度荷載的不同組合和影響，通過(guò)分析結果發(fā)現滑移施工系統設計比較合理、結構整體剛度較大、除個(gè)別桿件須要加強外，結構整體上可以承受各滑移工況。計算機仿真分析幫助了解了滑移結構的整體受力性能，確保了滑移施工的順利進(jìn)行。

    4.2.2建立模擬計算機預拱模型，技術(shù)先行指導施工，通過(guò)千斤頂回頂前一滑出拼裝平臺的滑移單元桁架，糾正與下一榀拼裝滑移桁架單元的高差（見(jiàn)圖8），保證相鄰次桁架安裝精度。

    4.3滑移過(guò)程監測
    本工程滑移距離長(cháng)、結構自重大，結構加工、拼裝精度要求高，為保證滑移施工的順利實(shí)施，對滑移過(guò)程跟蹤監測，尤其對屋蓋滑移過(guò)程桁架以及軌道梁的撓度進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，如圖9所示，對于出現的超出設計預期的變形、較大的聲響等情況，及時(shí)通知現場(chǎng)滑移施工總指揮，以按照應急預案及時(shí)采取對應的處理措施，確?；瓢踩?、順利的實(shí)施。
    滑移施工過(guò)程中，在每次構件高空胎架拼裝前，對拼裝平臺支撐點(diǎn)標高進(jìn)行抄測，對于出現的沉降值，在拼裝時(shí)進(jìn)行標高補償，以保證每榀桁架結構的拼裝質(zhì)量。

    4.4結構加固
    為了保證累積滑移的安全順利進(jìn)行，必須保證滑移軌道及滑移單元的安全可靠，現場(chǎng)分別采取措施對滑移軌道梁進(jìn)行加固，見(jiàn)圖10所示；為了滑移單元兩端托架和主桁架結構受力出現不對稱(chēng)性，對托架、主桁架以及通過(guò)計算機模擬計算得出的應力比超標的桿件，進(jìn)行加固處理，見(jiàn)圖11所示。

    5.結語(yǔ)
    中山博覽中心常年展廳屋蓋鋼桁架累積滑移施工，克服了施工現場(chǎng)交叉施工、惡劣天氣等各種不利因素，僅采用2條間距90m的滑移軌道完成了90m×198m區域的屋頂桁架結構滑移安裝，成功解決了屋蓋結構與下部混凝土結構無(wú)法同時(shí)作業(yè)的難題，最大限度地保證了各專(zhuān)業(yè)交叉施工，節約了大量的措施費用，僅用46天完成了常年展廳屋蓋3700t鋼結構的安裝，比原計劃提前兩個(gè)月，為整個(gè)工程的順利竣工提供了充分保障，取得了良好地經(jīng)濟價(jià)值和社會(huì )效益。
    本工程常年展廳上方90m跨屋蓋鋼結構累積滑移施工，僅采用90m間距的兩條軌道，突破了以往大跨度鋼結構滑移需跨中設置一條軌道的技術(shù)難題，減少了軌道搭設材料和滑移設備投入；同時(shí)屋蓋最大滑移距離198m，與國內同類(lèi)鋼結構滑移工程相比較，雙軌間距及累積滑移距離均位于前列，同時(shí)也為國內鋼結構累積滑移技術(shù)運用進(jìn)一步積累了經(jīng)驗。
    此外，大量計算機仿真模擬技術(shù)地應用，也為本工程累積滑移安裝地成功實(shí)施提供重要的理論數據支持。

    參考文獻
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